量研ら,レーザーで高品質の陽子線を発生

量子科学技術研究開発機構(量研)と京都大学は,水素クラスター(マイクロメートルサイズの「球状」の固体水素。以下「クラスター」)に高強度のレーザー光を照射して,宇宙線の加速機構と考えられている衝撃波加速と類似の仕組みを利用することで,0.3GeV(=109eV)の高品質の陽子線が発生することを発見し,新奇な陽子線加速手法として提案した(ニュースリリース)。

宇宙には,宇宙線として知られる高エネルギー粒子を生成する天然のプラズマ加速器がある。一例として,恒星が寿命を迎えたときに起こる超新星爆発で見られる衝撃波による加速が知られている。このような衝撃波は,地上では高強度のレーザー光を物質に照射するレーザープラズマ加速で発生させることができる。

これまで加速器を利用した研究では,粒子のエネルギーを増大させる必要があるが,エネルギーを増大させればさせるほど,加速器は大型で高額なものにならざるを得ない。例えば,スイスの欧州原子核研究機構(CERN)にある世界最大の円型加速器である大型ハドロン衝突型加速器(LHC)の全周は山手線一周に匹敵し,これ以上の大型化は難しいとされている。

レーザープラズマ加速は,このような加速器を大幅に小型化できる手法の1つとして注目されている。レーザープラズマ加速は,チャープパルス増幅の発明によって,人類が高強度レーザーを手にしたことで初めて実現した。

今回,研究グループは,大規模計算機シミュレーションを行ない,高強度のレーザー光をクラスターに照射するレーザープラズマ加速を行なった場合,球表面に発生した衝撃波が球の中心に向かって伝播・収束する過程でその強度が約8倍に増強されることを発見した。また,その増強された衝撃波によって,レーザー光の進行方向に陽子線が短時間で効率よく高エネルギーに加速されることを確認した。

さらに,加速されている陽子線に対して,相対性理論の効果でクラスターの中心部まで侵入したレーザーにより後押しされて圧縮される効果と,クラスター外部のプラズマが作る電場により追加速される効果を同期させ,相乗的に加えることで,最終的に光速の65%に相当する0.3GeVのエネルギーをもった指向性の高い陽子線が発生することを突き止めた。

研究グループは,今回の研究はレーザーを用いた陽子線を高効率,高品質で光速近くまで加速することの出来る加速器の実現につながる新たな知見とし,今後,高エネルギーの陽子線を供給する技術として,粒子線がん治療装置の陽子線源としての応用や,物質の水素脆化や放射線損傷のメカニズムを探る研究などへの応用へ繋がることが期待できるとしている。

キーワード:

関連記事

  • OKIと独Fraunhofer HHI、光集積型レーザー振動計の試作・動作確認に成功

    写真 登壇している加藤CTO OKIは、ドイツのFraunhofer Heinrich-Hertz-Institut(Fraunhofer HHI)との共同研究により、ハイブリッド光集積技術を用いたレーザー振動計モジュー…

    2026.10.16
  • トルンプの2025/26年度年次報告書「semicon」の表紙

    トルンプ、2025年度のEUV事業は9.2%増 レーザー事業は減収

    ドイツのレーザー加工機大手TRUMPF(トルンプ)は、2026年6月30日に終了した2025/26年度の業績を発表した。グループ全体の売上高は前年度比0.2%増の43億4,000万ユーロとほぼ横ばいだったものの、受注高は…

    2026.10.16
  • 光探索協会、レーザー搭載ドローンと再帰性反射材で遭難者捜索へ

    NPO法人光探索協会(大阪市)は、再帰性反射材と可変QRコードを組み合わせた「再帰性反射可変QRコード」を利用し、レーザー搭載ドローンによって遭難者などを捜索するシステムの普及を進めている。同協会は、この技術を日印・官民…

    2026.10.16
  • レーザー光学系、正しく理解できていますか? 基礎から学ぶガウシアンビームと光学設計

    オプトロニクス社は、11月10日(火)~12日(木)にパシフィコ横浜で光技術展示会「Photonics Innovation 2026/パワーレーザーPlus 2026」を開催する。その併設セミナーとして、11月11日(…

    2026.10.13
  • 古河電工など、高出力ファイバレーザー技術でPFASの分解効率99.999%以上を達成

    古河電気工業と流機エンジニアリングは、古河電工の「インフラレーザー®」と呼ぶ高出力ファイバレーザーを用いて、有機フッ素化合物PFASを分解する要素技術を開発したと発表した。PFASを吸着した活性炭にレーザー光を照射し、短…

    2026.10.08

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア